一种对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法

摘要

本发明涉及一种对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法，包括如下步骤(1)将无铅BGA器件焊盘上的无铅焊球去除；(2)采用有铅焊料对BGA器件焊盘进行有铅化改造；(3)对BGA器件焊盘进行焊膏涂覆；(4)采用植球漏板在BGA器件的焊盘上植入有铅焊球；(5)采用有铅回流焊接工艺将有铅焊球焊接到BGA器件上，本发明方法通过将无铅BGA的无铅焊球去除，再植上有铅焊球，实现BGA器件的有铅化改造，改造后的BGA器件在焊装时仅需按照有铅焊装工艺进行，大大提高了生产效率，并且由于减少了焊装印制板的焊接次数，避免了传统焊装过程中多次焊装受热导致的印制板变形和焊点可靠性下降问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电子装联技术领域，特别是涉及一种对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法。 

背景技术

电子制造业正处在有铅向无铅的过渡阶段，大部分元器件均为无铅元器件或有铅、无铅状态并存。在国外，为确保航空航天电子、医疗电子等产品的长期可靠性，以上产品不受ROHS和WEEE指令的约束。但由于我国军工行业现状，即所采用的主要功能电子元器件往往依赖国外进口且遭到国外禁运，无法获得军品以上级的有铅电子元器件，只能使用工业品级的无铅电子元器件。由此，国内军工电子行业就必须面对有铅、无铅元器件混装问题。所谓有铅、无铅元器件混装就是在同一印制板组合件上既有有铅元器件又有无铅元器件。对于混装电路的焊装，无论采用有铅工艺、无铅工艺还是有铅/无铅分别焊接工艺都存在难以解决的问题。使用有铅焊料，适当提高焊接温度、延长回流时间，焊接有引线无铅元器件及片式无铅元器件的工艺方法虽然可以实现大多数有铅、无铅元器件的一次焊装，一定程度上简化有铅、无铅混装印制板组合件的工艺实施难度。但这种工艺方法存在局限性，即无法焊装无铅BGA器件，当混装印制板组合件上存在无铅BGA器件时，必须先使用无铅工艺将无铅BGA器件焊装在印制板上，再装其他元器件。这种组合焊装工艺的实施难度较高，且无铅BGA器件经受多次焊接周期，对其可靠性也会产生一定不利影响。 

综上所述，现有常规工艺方法及有铅焊无铅的工艺方法均无法有效解决含有无铅BGA的印制板混装问题。因此，提供一种在保证BGA焊点可靠性的前提下，尽可能降低混装组合焊装工艺实施难度的工艺方法是十分必要的。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种对无铅BGA器 件进行有铅化改造的方法，该方法通过将无铅BGA的无铅焊球去除，再植上有铅焊球，实现了BGA器件的有铅化改造，改造后的BGA器件在焊装时仅需按照有铅焊装工艺进行，大大提高了生产效率，并且由于减少了焊装印制板的焊接次数，避免了传统焊装过程中多次焊装受热导致的印制板变形和焊点可靠性下降问题。 

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的： 

一种对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法，包括如下步骤： 

(1)将无铅BGA器件焊盘上的无铅焊球去除； 

(2)采用有铅焊料为BGA器件焊盘搪锡，并将BGA器件焊盘上的无铅焊料全部清除； 

(3)将网板开口与BGA器件焊盘准确对位，对BGA器件焊盘进行焊膏涂覆； 

(4)对BGA器件进行定位，采用植球漏板在BGA器件的焊盘上植入有铅焊球； 

(5)采用有铅回流焊接工艺将有铅焊球焊接到BGA器件上，实现BGA器件的有铅化改造。 

在上述对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法中，步骤(1)中将无铅BGA器件焊盘上的无铅焊球去除的方法为：将烙铁温度设置在280±5℃范围内，同时在BGA焊球上涂敷助焊剂，将吸锡绳置于烙铁和被清焊球之间，烙铁在每个焊盘停留时间为2～3秒，然后垂直向上抬起烙铁和吸锡绳，反复操作多次，直至BGA的焊球全部去除为止。 

在上述对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法中，步骤(2)中将BGA器件焊盘上的无铅焊料全部清除的方法为：将烙铁温度设置在280±5℃范围内，同时在BGA焊盘上涂敷助焊剂，将吸锡绳置于烙铁和被清焊盘之间，烙铁在每个焊盘停留时间为2～3秒，然后垂直向上抬起烙铁和吸锡绳，反复操作多次，直至BGA焊盘的无铅焊料全部去除为止。 

在上述对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法中，步骤(3)中网板开口尺寸的确定方法如下： 

当BGA器件的焊球间距为0.75mm或0.80mm时，网板开口尺寸与BGA器件焊盘尺寸的比值为1∶1.1，当BGA器件的焊球间距为1mm时，网板开 口尺寸与BGA器件焊盘尺寸的比值为1∶1～1∶1.1，当BGA器件的焊球间距为1.27mm时，网板开口尺寸与BGA器件焊盘尺寸的比值为1∶0.9～1∶1，其中开口尺寸指开口面积，焊盘尺寸指焊盘面积。 

在上述对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法中，步骤(4)中的植球漏板用于将有铅焊球漏至相应的BGA焊盘上，植球漏板的开孔直径比植入的有铅焊球的球径大0.05～0.1mm。 

在上述对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法中，步骤(4)中采用植球器或手工放置的方法在BGA器件的焊盘上植入有铅焊球。 

其中采用植球器植球的方法如下： 

(1)将有铅焊球倒在植球漏板中心，摇晃植球器，把多余的焊球从植球漏板上滚到植球器的焊球收集槽中，使植球漏板表面恰好每个漏孔中保留一个焊球； 

(2)将植球器放置在工作台上，同时将涂敷焊膏后的BGA器件吸在BGA维修工作站的吸嘴上，按照贴装BGA的方法进行对准，将吸嘴向下移动，把BGA器件贴装到植球漏板表面的锡球上，然后将BGA器件吸起来，借助焊膏的黏性将有铅焊球粘在BGA器件相应的焊盘上。 

采用手工放置植球的方法如下： 

(1)将涂敷焊膏的BGA器件放置在BGA维修工作台上，焊膏面向上，并将植球漏板四周用垫块工装垫高，放置在BGA器件上方，将有铅焊球均匀的撒在植球漏板上，使用棉胶棒拨动焊球，使焊球漏入植球漏板的开孔中，直到所有开孔都被焊球填充； 

(2)用压块将有铅焊球压入BGA器件的焊膏内，压入量不超过焊球球径的1/2，之后使用棉胶棒拨动将多余的焊球通过植球漏板漏出，最后移出植球漏板。 

在上述对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法中，步骤(4)中植入的有铅焊球为Sn63Pb37。 

在上述对无铅BGA器件进行有铅化改造的方法中，步骤(5)中采用有铅回流焊接工艺将有铅焊球焊接到BGA器件中的焊接峰值温度为210～215℃。 

本发明与现有技术相比具有如下优点： 

(1)本发明通过对BGA器件进行有铅化改造，有效解决了批次性生产现场网板改版问题，以往由于元器件订货无法控制每批次BGA有铅、无铅状态，经常因此类情况进行生产网板改版，本发明进行BGA器件有铅化后，印制板仅需施涂有铅焊膏进行焊接，无需因BGA有铅、无铅状态不同进行网板改版，大大降低了生产现场网板管理难度，无需人为区分和控制产品不同批次网板； 

(2)本发明通过对BGA器件进行有铅改造后，无需对BGA器件先使用无铅工艺焊装在印制板上，再焊装其它元器件，减少了印制板焊接次数，从而避免了由于多次受热可能引发的印制板变形和焊点可靠性下降问题； 

(3)本发明通过对BGA器件进行有铅化改造，可以实现有铅、无铅元器件的一次焊膏涂布、贴片和焊接，其生产效率远远高于有铅/无铅BGA器件分别焊接工艺，可以接近传统有铅工艺的生产效率； 

(4)本发明对印刷焊膏所用网板开口尺寸进行了优化设计，大量实验表明当BGA器件的焊球间距为0.75mm或0.80m m时，网板开口尺寸与BGA器件焊盘尺寸的比值为1∶1.1，当BGA器件的焊球间距为1mm时，网板开口尺寸与BGA器件焊盘尺寸的比值为1∶1～1∶1.1，当BGA器件的焊球间距为1.27mm时，网板开口尺寸与BGA器件焊盘尺寸的比值为1∶0.9～1∶1，在此网板开口尺寸范围内对BGA器件进行有铅化改造的质量较高； 

(5)大量实验表明采用有铅回流焊接工艺将有铅焊球焊接到BGA器件中，最优的焊接峰值温度为210～215℃，在此温度下既能保证BGA器件的受热温度不会太高，又能保证有铅焊球的焊接质量，实验表明在此温度范围内进行焊接，BGA器件植球抗剪切强度一致性好，经断口分析，断口均属塑性变化，抗剪切强度均符合或由于合格要求； 

(6)大量焊点剪切力实验表明，采用本发明方法有铅化改造后的BGA器件植球抗剪切强度一致性好，抗剪切强度优于合格范围；大量焊点金相分析实验表明有铅化改造后的BGA器件具有良好的结合层，焊点结合层厚度均在参考值要求范围内，因此本发明BGA器件有铅化改造方法完全可行。 

附图说明

图1为本发明BGA器件去除无铅焊球及焊盘有铅化操作流程图； 

图2为本发明对BGA器件的焊盘进行焊膏印刷的操作流程图； 

图3为本发明对BGA器件注入有铅焊球的操作流程图； 

图4为本发明有铅焊球种植示意图； 

图5为本发明有铅回流焊接工艺流程图； 

图6为本发明BGA器件X-ray检测图，其中a为BGA272X-ray检测图，b为BGA48X-ray检测图，c为BGA288X-ray检测图； 

图7为本发明BGA器件剪切试验焊球断面形貌； 

图8为本发明BGA器件焊盘端金相照片，其中a为器件焊盘端金相照片1，b为器件焊盘端金相照片2，c为器件焊盘端金相照片3。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明内容作进一步的详细说明： 

有铅锡钎焊的机理是：当焊接温度达到183℃后，熔融状态的有铅焊锡与铜表面接触，会出现锡焊料润湿铜层的现象，此时锡原子会立刻扩散到铜层中，铜原子也会在瞬时扩散到锡中，而Pb不参与扩散。在铜原子与锡原子的相互扩散过程中，焊接界面会形成锡铜合金层，此合金层是构成牢固焊点的基本要素。 

无铅BGA不适合有铅焊无铅工艺的原因在于：有铅焊无铅工艺的前提条件是无铅镀层溶入液相焊料，由于无铅BGA的焊端为锡银铜(SAC)焊球，其焊接机理不同于有引线器件，焊接过程中需要焊球熔化，而有铅温度太低无法实现可靠焊接。另外，即便通过提高温度延长时间使焊球熔化，也有可能会产生熔点为174℃的SnPbAg合金，进而导致Lift-off(焊点剥离)现象。所以，无铅BGA不适合有铅焊无铅工艺。因此无铅BGA有铅化必须通过种植有铅焊球的方式实现。 

无铅BGA有铅化实施的关键在于无铅BGA器件端焊盘的有铅化。即，将无铅BGA的无铅焊球去除，采用有铅焊料对器件端焊盘实施搪锡工艺，再采用吸锡绳清除BGA焊盘上的焊料，以保证BGA焊盘上不再存留无铅焊球残渣。从而确保种植的有铅焊球与BGA焊盘的可靠焊接。 

因此无铅BGA的有铅化改造，主要包括四个步骤，依次为：(1)BGA器件焊盘有铅化处理，包括无铅焊球去除和焊盘有铅化处理、(2)焊膏印刷、(3)BGA有铅焊球种植、(4)回流焊接。 

具体过程如下： 

一、BGA焊盘有铅化 

如图1所示为BGA焊盘有铅化工艺流程。 

BGA焊盘有铅化具体实施方法如下： 

(1)去除无铅焊球 

将烙铁温度设置在280±5℃范围内，同时在BGA焊球上涂敷适量的R型松香助焊剂，将吸锡绳置于烙铁和被清焊球之间，烙铁每个焊球停留时间为2～3秒，然后垂直向上抬起烙铁和吸锡绳，反复操作多次，直至BGA的焊球全部去除为止。 

(2)焊盘有铅化 

采用烙铁和有铅焊料为BGA焊盘搪锡，然后在BGA焊盘上涂敷适量的R型松香助焊剂，将吸锡绳置于烙铁和被清焊盘之间，烙铁每个焊盘停留时间为2～3秒，然后垂直向上抬起烙铁和吸锡绳。保证BGA封装印制板上所有焊盘的无铅焊料全部清除。 

(3)清洁 

用无水乙醇乳胶海绵清洁焊盘及板面。焊盘间距小于1mm的BGA器件要求在显微镜下进行清洁。 

(4)检验 

采用显微镜检查，要求所有焊盘平整、无起翘、无损伤；焊盘之间的阻焊层无破损；焊盘表面无多余物。 

二、焊膏印刷 

如图2所示为BGA焊膏印刷工艺流程。 

BGA焊膏印刷具体实施方法如下： 

(1)制作锡膏网板及植球漏板 

a.制作锡膏网板 

锡膏网板是用于施涂BGA封装印制焊盘焊膏的工装。网板厚度选用0.15，开孔尺寸依据BGA器件封装而定。 

b.制作植球漏板 

植球漏板是将锡球漏至相应的焊盘上即用于锡球种植的工装。一般开孔尺寸在原球径基础上增加0.05～0.1mm。 

(2)器件及网板定位 

a.根据丝印机设备不同将器件定位。一般情况下，外形尺寸≤289mm²应制作器件托板；外形尺寸≥289mm²的BGA器件可直接放置在丝印机的导 轨上。 

b.要求对位时器件对角的焊盘与网板开孔完全重合。 

(3)锡膏印刷 

a.锡膏搅拌 

从冰箱内取出应在室温下放置2h，经手工一方向搅拌(或搅拌机搅拌3～5min)均匀后方可使用。 

b.锡膏漏印 

将一定量的锡膏添加到网板上，手持刮刀对其施加一个向下的压力，刮刀角度为45，刮刀压力以满足网板上的锡膏刮净为宜。刮后脱模。 

(4)检验 

用显微镜检查焊膏漏印情况，要求焊料应无缺损，焊盘间应无桥接、无塌边现象，焊料厚度应均匀。 

三、BGA有铅锡球种植 

如图3所示为BGA有铅锡球种植工艺流程，如图4所示为有铅焊球种植示意图。 

BGA器件有铅锡球种植具体实施方法如下： 

(1)器件定位及植球漏板定位 

a.器件定位：根据植球方法的不同将器件定位。 

若采用植球器则将器件放置在植球器的器件托盘上，调整器件位置，使器件四边分别与托盘上的红色标记线平行，开启真空泵将器件固定。 

若采用手工植球方式，则制做器件托盘，将器件放置在托盘上，使其器件焊膏面朝上。 

b.漏板定位：根据植球方法的不同将漏板定位 

若采用植球器，则将漏板固定至漏板支架上，固定漏板时注意不应使漏板变形。调整BGA返修系统的导轨，使PCB固定支架位于植球器上方，将漏板支架旋转在返修系统的PCB固定支架上，调整植球器高度，通过漏板上的开孔目测器件位置，调整漏板支架位置，放大镜下检查器件的所有开孔应与器件焊盘对中。 

注意：完成对中后将BGA返修系统上的PCB固定支架调节轮、导轨调节轮固定。 

若采用手工植球方式，则无需对漏板进行固定，在锡球放置时进行手工对准。 

(2)锡球放置 

锡球选择：如果使用高粘度助焊剂，应选择与BGA器件焊球相同直径的焊球；如果使用焊膏，应选择比BGA器件焊球直径小一些的焊球。 

锡球放置：主要采用植球器及手工放置。 

植球器植球：将适量焊锡球倒在漏板中心，摇晃植球器，把多余的焊球从漏板上滚到植球器的焊球收集槽中，使漏板表面恰好每个漏孔中保留一个焊球。将植球器放置在工作台上，同时将施加焊膏后的器件吸在BGA维修工作站的吸嘴上，按照贴装BGA的方法进行对准，将吸嘴向下移动，把BGA器件贴装到植球器漏板表面的锡球上，然后将BGA器件吸起来，借助焊膏的黏性将焊球粘在BGA器件相应的焊盘上。用镊子夹住BGA器件的外边框，关闭真空泵，将BGA器件的焊球面向上放置在工作台上，检查有无缺少焊球的地方，若有，用镊子补齐。 

手工放置：将已施加焊膏的BGA器件放置在BGA维修工作台上，焊膏面向上，并将植球漏板四周用垫块工装垫高，放置在BGA器件上方，将焊锡球均匀的撒在漏板上，使用棉胶棒拨动锡球使之漏入漏板的开孔中直到所有开孔都已被锡球填充，最后用压块将锡球压入锡膏内，压入量不超过球径的1/2。同时将锡球盒放在漏板下方，使用棉胶棒拨动将多余的锡球漏入锡球盒中并放入回收瓶中。移出植球漏板，检查并补齐。见示图4。 

(3)检验 

用显微镜检查锡球填充情况，要求锡球填充后不应有多球或缺球现象，所有锡球的位置偏差应不大于25％。 

四、回流焊接 

如图5所示为回流焊接工艺流程。 

回流焊接具体实施方法如下： 

(1)回流焊接 

要求按照有铅回流焊接工艺曲线焊接已植球的BGA器件。回流焊区的焊接峰值温度一般应高于焊膏熔点20～25℃，优选210～215℃。 

(2)清洁 

用浸有无水乙醇的乳胶海绵或无纺布擦净焊点。操作时用显微镜。 

(3)检验 

a.显微镜检验：检查BGA焊球外观，要求焊球无短连、无多球、缺球现象，所有锡球形状大小一致，偏移量不大于10％。 

b.X光检验：主要检验焊点的内部特性和缺陷，如焊点是否存在空洞现象等。 

上述工艺方法及工艺参数是在大量工艺试验基础上得出的。工艺试验选用了大量不同球栅数、球径、球间距的无铅BGA器件，采用不同工艺参数进行焊接，然后对试验件进行X光检验、推球试验和金相分析。 

实施例1： 

一、基础条件 

(1)元器件 

器件名称为TMS320C6211GFN，PBGA塑封，球栅数为288，球间距为0.8，球径为0.45。 

(2)焊料及焊剂 

焊料(包括焊膏和锡球)选用有铅焊料，如Sn63Pb37焊膏，应符合QJ3086-99中第4.1.1条规定。 

焊剂选用R型或RMA型焊剂，应符合GB9491-88规定。 

(3)生产、检测工具及设备 

吸锡绳 

温控烙铁：应符合QJ3086-99中第4.2.2、4.2.3条规定。 

干燥箱： 

植球器或植球机 

显微镜 

锡膏搅拌机 

再流焊炉：应符合QJ3086-99中第4.3.4.2条中a.b.d的规定。 

维修站或维修系统：应符合QJ3086-99中第4.3.5条规定。 

器件托板 

二、工艺实施步骤 

步骤(1)、元器件外观检查 

检查器件规格、型号，确定是否为无铅BGA。 

通过镜检，必要时用显微镜检查BGA外观，要求其表面封装无损伤、裂纹，球阵列在同一平面上，封装底板印制线及阻焊膜完好，无异物。 

步骤(2)、BGA焊盘有铅化 

a、去除无铅球 

将烙铁温度设置在280℃，同时在BGA焊球上涂敷适量的R型松香助焊剂，将吸锡绳置于烙铁和被清焊球之间，烙铁每次停留时间为2～3秒，然后垂直向上抬起烙铁和吸锡绳，反复操作多次，直至BGA的焊球全部去除为止。 

b、焊盘有铅化 

采用烙铁和有铅焊料为BGA焊盘搪锡，然后在BGA焊盘上涂敷适量的R型松香助焊剂，将吸锡绳置于烙铁和被清焊盘之间，烙铁每个焊盘停留时间为2～3秒，然后垂直向上抬起烙铁和吸锡绳。反复操作3次以保证BGA封装印制板上所有焊盘的无铅焊料全部清除。 

c、清洁 

用无水乙醇乳胶海绵清洁焊盘及板面。焊盘间距小于1mm的BGA器件要求在显微镜下进行清洁。 

d、检验 

采用显微镜检查，要求所有焊盘平整、无起翘、无损伤；焊盘之间的阻焊层无破损；焊盘表面无多余物。 

e、存放 

检查后的器件放入干燥箱内，湿度控制在20％～40％范围内，植球时取出。 

步骤(3)、焊膏印刷 

a、制作锡膏网板 

MS320C6211GFN锡膏网板厚度为0.15mm，网板开孔尺寸与焊盘尺寸的比值为1∶1.1。 

b、制作植球漏板 

TMS320C6211GFN植球漏板厚度为0.3mm，开孔尺寸0.5mm。 

c、器件及网板定位 

根据丝印机设备不同将器件定位。一般情况下，外形尺寸≤289mm²应制作器件托板；外形尺寸≥289mm²的BGA器件可直接放置在丝印机的导轨上。 

要求对位时器件对角的焊盘与网板开孔完全重合。 

d、锡膏印刷 

1)、从冰箱内取出锡膏应在室温下放置2h，经手工一方向搅拌(或搅拌机搅拌3～5min)均匀后方可使用。 

2)、将一定量的锡膏添加到网板上，手持刮刀对其施加一个向下的压力，刮刀角度为45，刮刀压力以满足网板上的锡膏刮净为宜。刮后脱模。 

e、检验 

用显微镜检查焊膏漏印情况，要求焊料应无缺损，焊盘间应无桥接、无塌边现象，焊料厚度应均匀。 

步骤(4)、BGA有铅锡球种植 

a、施加焊膏后的器件定位及植球漏板定位 

1)、器件定位：将器件放置在植球器的器件托盘上，调整器件位置，使器件四边分别与托盘上的红色标记线平行，开启真空泵将器件固定。 

2)、漏板定位：将漏板固定至漏板支架上，固定漏板时注意不应使漏板变形。调整BGA返修系统的导轨，使PCB固定支架位于植球器上方，将漏板支架旋转在返修系统的PCB固定支架上，调整植球器高度，通过漏板上的开孔目测器件位置，调整漏板支架位置，放大镜下检查器件的所有开孔应与器件焊盘对中。然后将BGA返修系统上的PCB固定支架调节轮、导轨调节轮固定。 

b、锡球放置 

锡球选择：选择0.45mm焊球。 

锡球放置：将适量焊锡球倒在漏板中心，摇晃植球器，把多余的焊球从漏板上滚到植球器的焊球收集槽中，使漏板表面恰好每个漏孔中保留一个焊球。将植球器放置在工作台上，同时将施加焊膏后的器件吸在BGA维修工作站的吸嘴上，按照贴装BGA的方法进行对准，将吸嘴向下移动，把BGA器件贴装到植球器漏板表面的锡球上，然后将BGA器件吸起来，借助焊膏的黏性将焊球粘在BGA器件相应的焊盘上。用压块将锡球压入锡膏内，压入量不超过球径的1/2。用镊子夹住BGA器件的外边框，关闭真空泵，将BGA器件的焊球面向上放置在工作台上，检查有无缺少焊球的地方，若有，用镊子补齐。 

c、检验 

用显微镜检查锡球填充情况，要求锡球填充后不应有多球或缺球现象，所 有锡球的位置偏差应不大于25％。 

步骤(5)、回流焊接 

a、回流焊接工艺参数： 

维修工作站上加热体设置温度为：215℃； 

维修工作站下加热体设置温度为：210℃； 

传送带的速度设定为60cm/min。 

b|、清洁 

用浸有无水乙醇的乳胶海绵或无纺布擦净焊点。操作时用显微镜。 

c、检验 

1)、显微镜检验：检查BGA焊球外观，要求焊球无短连、无多球、缺球现象，所有锡球形状大小一致，偏移量不大于10％。 

2)、X光检验：主要检验焊点的内部特性和缺陷，如焊点是否存在空洞现象等。 

步骤(6)、焊点无损检测 

a、按传统有铅工艺在PCB板上贴焊有铅化的TMS320C6211GFN器件进行X-RAY检测，检测焊点情况； 

b、对BGA器件正确进行有铅化的TMS320C6211GFN隐藏式焊点检查，检测焊点沉降情况。 

c、环境试验及电性能测试 

对试验板进行温度冲击试验，用于考核焊点耐温度冲击的能力。试验条件为： 

高温：+75±2℃； 

低温：-55±3℃； 

变温率：≤5min； 

温度点停留时间：30min； 

循环次数：10次。 

环境试验前后分别进行电路功能测试，电路板功能正常，环境试验前后无变化。具体试验情况见第二部分：试验数据及分析。 

步骤(7)、破坏性试验 

分别选取试件进行焊点剪切力测试和金相分析等破坏性实验，以获取直接 数据。具体试验数据及分析情况见第二部分：试验数据及分析。 

实施例2： 

一、基础条件 

(1)元器件 

器件名称为IDT71V416S10BEI，PBGA(塑封)球栅数为48，球间距为0.75，球径为0.4。 

(2)焊料及焊剂 

同“实施例1”。 

(3)生产、检测工具及设备 

同“实施例1”。 

二、工艺实施步骤 

步骤(1)、元器件外观检查 

同“实施例1”。 

步骤(2)、BGA焊盘有铅化 

a、去除无铅球 

将烙铁温度设置在270℃，同时在BGA焊球上涂敷适量的R型松香助焊剂，将吸锡绳置于烙铁和被清焊球之间，烙铁每次停留时间为2～3秒，然后垂直向上抬起烙铁和吸锡绳，反复操作多次，直至BGA的焊球全部去除为止。 

b、焊盘有铅化 

同“实施例1”。 

c、清洁 

用无水乙醇乳胶海绵清洁焊盘及板面。要求在显微镜下进行清洁。 

d、检验 

同“实施例1”。 

e、存放 

同“实施例1”。 

步骤(3)、焊膏印刷 

a、制作锡膏网板 

IDT71V416S10BEI锡膏网板厚度为0.15mm，开孔尺寸为1∶1.1。 

b、制作植球漏板 

IDT71V416S10BEI植球漏板厚度为0.3mm，开孔尺寸0.45mm。 

c、器件及网板定位 

采用丝印机设备将器件定位。制作器件托盘。 

要求对位时器件对角的焊盘与网板开孔完全重合。 

d、锡膏印刷 

同“实施例1”。 

e、检验 

同“实施例1”。 

步骤(4)、BGA有铅锡球种植 

a、施加焊膏后的器件定位及植球漏板定位 

同“实施例1”。 

b、锡球放置 

锡球选择：选择0.4mm焊球。 

锡球放置：同“实施例1”。 

c、检验 

同“实施例1”。 

步骤(5)、回流焊接 

同“实施例1”。 

步骤(6)、焊点无损检测 

a.按传统有铅工艺在PCB板上贴焊有铅化的IDT71V416S10BEI器件进行X-RAY检测，检测焊点情况； 

b.对BGA器件正确进行有铅化的IDT71V416S10BEI隐藏式焊点检查，检测焊点沉降情况。 

具体试验情况见第二部分：试验数据及分析 

步骤(7)、破坏性试验 

分别选取试件进行焊点剪切力测试和金相分析等破坏性实验，以获取直接数据。具体试验数据及分析情况见第二部分：试验数据及分析。 

实施例3： 

一、基础条件 

(1)、元器件 

器件名称为PCI9656BA，PBGA(塑封)球栅数为272，球间距为1.27，球径为0.75。 

(2)、焊料及焊剂 

同“实施例1”。 

(3)、生产、检测工具及设备 

同“实施例1”。 

二、工艺实施步骤 

步骤(1)、元器件外观检查 

同“实施例1”。 

步骤(2)、BGA焊盘有铅化 

a、去除无铅球 

同“实施例2”。 

b、焊盘有铅化 

同“实施例1”。 

c、清洁 

同“实施例1”。 

d、检验 

同“实施例1”。 

e、存放 

同“实施例1”。 

步骤(3)、焊膏印刷 

a、制作锡膏网板 

PCI9656BA锡膏网板厚度为0.15mm，开孔尺寸为1∶1。 

b、制作植球漏板 

PCI9656BA植球漏板厚度为0.3mm，开孔尺寸0.8mm。 

c|、器件及网板定位 

同“实施例1”。 

d、锡膏印刷 

同“实施例1”。 

e、检验 

同“实施例1”。 

步骤(4)、BGA有铅锡球种植 

a、施加焊膏后的器件定位及植球漏板定位 

同“实施例1”。 

b、锡球放置 

锡球选择：选择0.75mm焊球。 

锡球放置：同“第1实施例”。 

c、检验 

同“实施例1”。 

步骤(5)、回流焊接 

同“实施例1”。 

步骤(6)、焊点无损检测 

a.按传统有铅工艺在PCB板上贴焊有铅化的PCI9656BA器件进行X-RAY检测，检测焊点情况； 

b.对BGA器件正确进行有铅化的PCI9656BA隐藏式焊点检查，检测焊点沉降情况。 

具体试验情况见第二部分：试验数据及分析 

步骤(7)、破坏性试验 

分别选取试件进行焊点剪切力测试和金相分析等破坏性实验，以获取直接数据。具体试验数据及分析情况见第二部分：试验数据及分析。 

实施例4： 

一、基础条件 

(1)元器件 

器件名称为EP2C70F67216，PBGA(塑封)球栅数为672，球间距为1mm，球径为0.6mm。 

(2)焊料及焊剂 

同“实施例1”。 

(3)生产、检测工具及设备 

同“实施例1”。 

二、工艺实施步骤 

步骤(1)、元器件外观检查 

同“实施例1”。 

步骤(2)、BGA焊盘有铅化 

同“实施例1”。 

步骤(3)、焊膏印刷 

a、制作锡膏网板 

EP2C70F67216锡膏网板厚度为0.15mm，开孔尺寸为1∶1.1。 

b、制作植球漏板 

EP2C70F67216植球漏板厚度为0.3mm，开孔尺寸0.65mm。 

c、器件及网板定位 

同“实施例1”。 

d、锡膏印刷 

同“实施例1”。 

e、检验 

同“实施例1”。 

步骤(4)、BGA有铅锡球种植 

a、施加焊膏后的器件定位及植球漏板定位 

同“实施例1”。 

b、锡球放置 

锡球选择：选择0.6mm焊球。 

锡球放置：同“第1实施例”。 

c、检验 

同“实施例1”。 

步骤(5)、回流焊接 

a、回流焊接工艺参数： 

维修工作站上加热体设置温度为：215℃； 

维修工作站下加热体设置温度为：215℃； 

传送带的速度设定为60cm/min。 

b、清洁 

同“实施例1”。 

c、检验 

同“实施例1”。 

步骤(6)、焊点无损检测 

a.按传统有铅工艺在PCB板上贴焊有铅化的EP2C70F67216器件进行X-RAY检测，检测焊点情况； 

b.对BGA器件正确进行有铅化的EP2C70F67216隐藏式焊点检查，检测焊点沉降情况。 

具体试验情况见第二部分：试验数据及分析 

步骤(7)、破坏性试验 

分别选取试件进行焊点剪切力测试和金相分析等破坏性实验，以获取直接数据。具体试验数据及分析情况见第二部分：试验数据及分析。 

实施例5： 

一、基础条件 

(1)元器件 

器件名称为EP20K600EBC652-2X，PBGA(塑封金属壳)球栅数为652，球间距为1.27，球径为0.75。 

(2)焊料及焊剂 

同“实施例1”。 

(3)生产、检测工具及设备 

同“第1实施例”。 

二、工艺实施步骤 

步骤(1)、元器件外观检查 

同“实施例1”。 

步骤(2)、BGA焊盘有铅化 

a、去除无铅球 

同“实施例2”。 

b、焊盘有铅化 

同“实施例1”。 

c、清洁 

同“实施例1”。 

d、检验 

同“实施例1”。 

e、存放 

同“实施例1”。 

步骤(3)、焊膏印刷 

a、制作锡膏网板 

EP20K600EBC652-2X锡膏网板厚度为0.15mm，开孔尺寸为1∶0.9。 

b、制作植球漏板 

EP20K600EBC652-2X植球漏板厚度为0.3mm，开孔尺寸0.8mm。 

c、器件及网板定位 

同“实施例1”。 

d、锡膏印刷 

同“实施例1”。 

e、检验 

同“实施例1”。 

步骤(4)、BGA有铅锡球种植 

a、施加焊膏后的器件定位及植球漏板定位 

同“实施例1”。 

b、锡球放置 

锡球选择：选择0.75mm焊球。 

锡球放置：同“第1实施例”。 

c、检验 

同“实施例1”。 

步骤(5)、回流焊接 

同“实施例1”。 

步骤(6)、焊点无损检测 

a.按传统有铅工艺在PCB板上贴焊有铅化的EP20K600EBC652-2X器件进行X-RAY检测，检测焊点情况； 

b.对BGA器件正确进行有铅化的EP20K600EBC652-2X隐藏式焊点检查，检测焊点沉降情况。 

具体试验情况见第二部分：试验数据及分析 

步骤(7)、破坏性试验 

分别选取试件进行焊点剪切力测试和金相分析等破坏性实验，以获取直接数据。具体试验数据及分析情况见第二部分：试验数据及分析。 

实施例6： 

一、基础条件 

(1)元器件 

器件名称为EP2S90F1020C5，CBGA(陶瓷封金属壳)，球栅数为1020，球间距为1mm，球径为0.6mm。 

(2)焊料及焊剂 

同“实施例1”。 

(3)生产、检测工具及设备 

同“实施例1”。 

二、工艺实施步骤 

步骤(1)元器件外观检查 

同“实施例1”。 

步骤(2)BGA焊盘有铅化 

a、去除无铅球 

将烙铁温度设置在285℃，同时在BGA焊球上涂敷适量的R型松香助焊剂，将吸锡绳置于烙铁和被清焊球之间，烙铁每次停留时间为2～3秒，然后垂直向上抬起烙铁和吸锡绳，反复操作多次，直至BGA的焊球全部去除为止。 

b、焊盘有铅化 

同“实施例1”。 

c、清洁 

同“实施例1”。 

d、检验 

同“实施例1”。 

e、存放 

同“实施例1”。 

步骤(3)焊膏印刷 

a、制作锡膏网板 

EP2S90F1020C5锡膏网板厚度为0.15mm，开孔尺寸为1∶1。 

b、制作植球漏板 

EP2S90F1020C5植球漏板厚度为0.3mm，开孔尺寸0.8mm。 

c、器件及网板定位 

同“实施例1”。 

d、锡膏印刷 

同“实施例1”。 

e、检验 

同“实施例1”。 

步骤(4)BGA有铅锡球种植 

a、施加焊膏后的器件定位及植球漏板定位 

同“实施例1”。 

b、锡球放置 

锡球选择：选择0.6mm焊球。 

锡球放置：同“第1实施例”。 

c、检验 

同“实施例1”。 

步骤(5)回流焊接 

同“实施例1”。 

步骤(6)焊点无损检测 

a.按传统有铅工艺在PCB板上贴焊有铅化的EP2S90F1020C5器件进行X-RAY检测，检测焊点情况； 

b.对BGA器件正确进行有铅化的EP2S90F1020C5隐藏式焊点检查，检测焊点沉降情况。 

具体试验情况见第二部分：试验数据及分析 

步骤(7)破坏性试验 

分别选取试件进行焊点剪切力测试和金相分析等破坏性试验，以获取直接数据。具体试验数据及分析情况见第二部分：试验数据及分析。 

试验数据及分析 

一、试件分配情况 

分别选取实施例1～实施例6所焊接的试件进行焊点剪切力测试和金相分析等破坏性实验，以获取直接数据。试件分配情况见表1。 

表1： 

二、试验数据分析 

(1)焊点无损检测数据分析 

a.J1～J4、X1～X30进行了X-RAY检测，检测结果得出，焊球均匀，无气泡，无桥接。部分试验件X-RAY检测情况见图6； 

b.对BGA器件正确进行了ERSA SPACE隐藏式焊点检查，检测结果显示四边焊点透光良好，焊点沉降一致； 

c.对具有电路功能的电路板进行电性能测试，电路板功能正常，试验前后无变化； 

d.温度冲击试验 

对试验板进行温度冲击试验，试验前后分别进行电路功能测试及X-RAY检测，试验前后均无变化。 

(2)破坏性试验数据分析 

a、剪切力测试数据分析 

1)数据整理 

对试件焊点进行剪切力测试，表2中剪切力值为进行剪切力测试的实测数据。并由试验方计算出剪切平均力。将剪切平均力与计算出的参考值进行比对。如剪切平均力大于参考值则认为合格。 

其中，由于器件剪切力没有直接判据，参照《微电子器件试验方法和程序》GJB 548B-2005中对BGA焊点抗剪切强度的要求，按其规定的接触面积计算方法计算出器件焊端的接触面积，然后查表得出了各类器件单焊端的抗剪切力参考值。 

各试件焊点抗剪切力值见表2(J1～J4各选取20个焊点)。 

表2： 

器件名称：TMS320C6211GFN                                               单位：g 

器件名称：IDT71V416S10BEI                                              单位：g 

器件名称：PCI9656BA                                                    单位：g 

器件名称：EP2C70F67216                                     单位：g 

2)数据分析 

经过大量的数据分析工作，器件植球抗剪切强度一致性好，经断口分析并与所查资料进行比对，断口均属塑性变化(剪切试验焊球断口形貌见图7)，抗剪切强度优于资料合格范围。 

b、金相分析 

焊点金相分析实验获取的主要数据是焊点结合层厚度，对除功能板上器件以外的所有BGA器件进行了金相分析试验，获取焊球与器件焊盘间的结合层厚度，以验证植球质量，其中表3所列结合层厚度为实际测量值的平均值。具体数据见表3。 

表3： 

单位：μm 

从以上数据可以看出，各焊点结合层厚度均在参考值要求范围内，说明BGA有铅化工艺均可获得良好的结合层，证明工艺方法可行、正确。部分试件焊点结合层金相显微形貌见图8。 

(3)结论 

经x-ray、隐藏式焊点检查、电性能测试、温度冲击、剪切力测试、金相分析等多种试验考核，可以得出结论：采用上述工艺流程、工艺方法可实现无铅BGA器件的有铅化改造。 

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。